精密机械设计2-工程材料和热处理.pptVIP

第2章工程材料和热处理 第二章 工程材料和热处理 周怡琳 第二章 工程材料和热处理 第一节 概述 第二节 金属材料的力学性能 第三节 常用的工程材料 第四节 钢的热处理 第一节 概述 精密机械中应用的材料按用途分 结构材料 工程上要求强度、韧性、塑性、硬度、耐磨性等力学性能的材料。 功能材料 具有电、光、声、热、磁等功能和效应的材料 第一节 概述 按材料结合键的特点及性质分 金属材料 黑色金属材料：铁基金属合金，碳钢、铸铁、合金钢 有色金属材料 非金属材料 无机非金属材料 陶瓷 硅酸盐材料（玻璃、水泥、耐火材料、陶器、瓷器） 氧化物类材料 有机材料：较高强度、良好塑性、耐腐蚀性、绝缘性、密度小。 塑料 橡胶 合成纤维 第二节 金属材料的力学性能 一、应力极限 静拉伸试验所得的应力极限，是静应力条件下强度计算时确定许用应力的依据。 例：低碳钢应力－应变曲线 一、应力极限 比例极限 σp 应力应变成正比的最大应力，σp。 卸载后，无残余变形，材料处于弹性阶段。 屈服极限σs 继续加载，曲线ab出现微小波动，应力几乎不变而应变增加，称为屈服阶段，屈服阶段的最低应力即为屈服极限, σs。 卸载时，沿be线回至e点；oe即残余变形。 没有明显的屈服现象的塑性材料，通常以永久变形量为0.2%时的应力值定为屈服极限， σ0.2. 强度极限σB 材料在断裂前的最大应力， σB 普通结构钢， σs/σB≈0.6 调质钢和渗碳钢σs/σB≈0.7 一、应力极限 冷作硬化 常温下经过塑性变形使材料强度提高、塑性降低的现象。 提高零件的强度：冷拔、冷挤压、冷镦、冷扎 经过冷作硬化的零件，其强度和硬度均能得到提高，但韧性降低。 变应力下零件强度计算应以材料的疲劳极限σr为依据。 二、弹性模量E 比例极限范围内，E＝ σ/ε即为弹性模量 E反映材料抵抗变形的能力，衡量材料刚度的指标 各种钢的弹性模量相差甚微，采用合金钢提高刚度－无效。 三、延展性 衡量材料塑性的指标 伸长率δ 试件拉断后，标距内的伸长量与标距原长之比的百分率 δ5%，塑性材料； δ5%，脆性材料 试样长度为直径的5倍者，记作δ5。 断面收缩率Ψ 试件拉断后，断裂处面积的缩小量与原面积之比的百分率 伸长率和断面收缩率愈大，材料的塑性愈高。 四、冲击韧度αK 衡量材料承受冲击载荷能力的性能指标 在有缺口的试件上，缺口底部单位截面积所能承受的冲击功称为冲击韧度。 受冲击载荷的零件，由于外力具有瞬时冲击的性质，产生的变形和应力，远比静载荷作用时大，这些零件的材料应具有较高的冲击韧度。 五、弹性能Ee和韧性能Et 物体受外力作用产生变形，外力做功＝应变能 弹性能： 弹性范围内的应变能，以势能形式储存在材料内部，撤去外力又立即全部释放。 用以储存能量的弹性元件，要求用弹性能大的材料制造。 韧性能： 材料在断裂前吸收的能量。 用以承受冲击载荷的零件，要求用韧性能大的材料制造。 第二节 金属材料的力学性能 六、硬度 概念 表示材料表面在一个小体积范围内抵抗弹性变形、塑性变形或破裂的能力。 材料硬度越高，强度（包括接触强度）和耐磨性越高，但塑性越低。 常用的硬度指标 布氏硬度HBS，洛氏硬度HRC，维氏硬度HV， 不同硬度值之间的折算。 硬度与强度之间的换算关系 影响金属材料力学性能的因素 例：钢材 含碳量的影响 C愈高，材料强度、硬度愈高 塑性、切削性、锻造性、焊接性、导电性和导热性降低 合金元素的影响 Cr：形成碳化铬，提高硬度、耐磨性、冲击韧性、淬透性； Mr：提高强度、淬透性； Ni：提高强度、耐热、耐蚀性； W：提高硬度、韧性，制造高速钢和耐热工具钢的合金元素。 温度的影响 低温：强度增加，塑性、冲击韧性下降； 高温强度、硬度降低，塑性增高。 热处理工艺的影响 第三节 常用的工程材料 工程材料 黑色金属 有色金属 非金属材料 复合材料 第三节 常用的工程材料 一、黑色金属 碳钢与合金钢 碳钢 按含碳量不同分为 低碳钢：C≤0.25% 中碳钢：0.25%C ≤0.60% 高碳钢：C0.60% 按质量分为 普通碳素钢：S≤0.055%；P ≤0.045% 优质碳素钢：S≤0.040%；P ≤0.040% 高级优质碳素钢：S≤0.030%；P ≤0.035% 按用途分为 碳素结构钢：制造各种工程构件和机器零件 碳素工具钢：制造各种工具 一、黑色金属 碳钢的牌号及用途 普通碳素结构钢 甲类钢（A类钢）： A1，A2，…A7，7种。 数字越大，屈服强度和抗拉强度越大，延伸率越小。 乙类钢（B类钢） B1，B2，…B7，7种。 数字越大，碳含量越高。 特类钢（C类钢） C2，C3，C4，C5，4种。 一、黑色金属 优质碳素结构钢 用平均碳含量的万分数表示。 例：“20”表示